28.10.2021

Ученые уже давно широко применяют спектральные приборы для научных исследований. Спектрометры пропускают излучение от источника света через исследуемый образец. Анализ спектра прошедшего излучения содержит важную информацию для ученых о свойствах исследуемого вещества, что позволяет целенаправленно менять эти свойства и создавать как новые материалы, так и приборы.

Есть спектральные приборы, которые регистрируют спектры чуть ли не часами. Но как получить спектр, если речь идет о кратковременной вспышке, излучение от которого длится, тысячные или миллионные доли секунды и возникает спонтанно, например, вспышки на Солнце? Или как провести исследование воздействия на вещество мощного лазерного излучения с длительностью импульса в микросекунды и менее? В определенных диапазонах длин волн получение спектра излучения при таких кратковременных и однократных процессах возможно только с помощью быстродействующих спектрометров на интересующий интервал длин волн.

Прибор для изучения таких кратковременных излучений был создан на кафедре физики Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна под руководством доктора физико-математических наук профессора Константина Иванова. Устройство способно записывать спектр за миллионные доли секунды, при этом излучение объекта может быть однократным и возникать и повторяться спонтанно. На данный момент прибор выглядит довольно массивно, но исследования показали, что при определенной ориентации магнитного поля по отношению к кристаллографическим осям монокристалла амплитудное значение импульсного магнитного поля можно уменьшить до нескольких Тесла. «Это позволяет свести объем всей установки до размеров обычной книги»,— поясняет автор разработки, профессор СПбГУПТД Константин Иванов.

Использовать прибор можно не только в лабораториях, но и на борту спутников или на зондах в верхних слоях атмосферы для изучения спектра различных космических объектов и Солнца. Установка содержит охлаждаемый, быстродействующий не селективный в определенном диапазоне длин волн приёмник излучения. Запись сигнала с приемника в аналоговой и цифровой формах осуществляется на запоминающем осциллографе. «Время записи спектра равно четверти периода импульсного магнитного поля при этом воздействие источника излучения может быть однократным», — объяснил процесс работы прибора профессор Константин Иванов.

Разработанный новый физический принцип получения спектра, используемый при создании спектрометра, позволит ученым регистрировать излучение в инфракрасном, субмиллиметровом и терагерцовом диапазонах длин волн. Подобные приборы дают возможность изучать физику и химию процессов, спонтанно создающих однократное и кратковременное излучение.